DE1515471B1

DE1515471B1 - Process for the production of wound insulators

Info

Publication number: DE1515471B1
Application number: DE19651515471
Authority: DE
Inventors: Harry Whitley Bay Barker; Kenneth Monkseaton Rothwell
Original assignee: Bushing Co Ltd
Current assignee: Bushing Co Ltd
Priority date: 1964-04-21
Filing date: 1965-04-21
Publication date: 1969-12-11
Also published as: CH454984A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wickelisolatoren aus mit einer Kunststofffolie gebundenem Isolierpapier. Die erfindungsgemäß erhaltenen Produkte zeichnen sich durch bemerkenswert hohe Arbeitstemperaturen aus. The invention relates to a method for producing wound insulators made of insulating paper bound with a plastic film. The obtained according to the invention Products are characterized by remarkably high working temperatures.

Es ist bereits ein Ausgangsmaterial zur Herstellung von platten- oder blockförmigem Isoliermaterial bekannt, wobei zwischen zwei Papierbahnen mit Hilfe eines Klebers eine Kunststoffolie fixiert wird. Der Kleber durchdringt einen Teil der Schichtstärke der beiden Papiere, so daß auf den Außenseiten des Laminats ein saugendes Papier vorliegt. Dieses Laminat läßt sich in Abwandlung der üblichen Isoliermaterialien nach Bestreichen mit einem Tränklack und Aufschichten in entsprechender Weise verwerten, wobei jedoch das Ausgangsprodukt für die eigentliche Herstellung der Isolatoren ein steifes, nicht wickelfähiges Material ist. It is already a starting material for the production of panel or block-shaped insulating material known, with between two paper webs with A plastic film is fixed with the help of an adhesive. The glue penetrates you Part of the thickness of the two papers so that on the outside of the laminate absorbent paper is present. This laminate can be modified in the usual way Insulating materials after coating with an impregnating varnish and layering in the appropriate Recycle in a manner that is, however, the starting product for the actual production the insulators is a stiff material that cannot be wound.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von Wickelisolatoren unter Verwendung von Isolierpapier und einer Kunststoffolie mit besonders günstigen elektrischen Eigenschaften, die höhere Betriebstemperaturen zulassen, als dies bei den bekannten Wickelisolatoren möglich war. Die erfindungsgemäß hergestellten Wickelisolatoren eignen sich also auch für Anwendungen in Hochfrequenzschaltern u. dgl., wo hohe Betriebstemperaturen üblich sind. The object of the invention is the production of winding insulators under Use of insulating paper and a plastic sheet with particularly cheap electrical Properties that allow higher operating temperatures than the known ones Winding insulators was possible. The wound insulators produced according to the invention are therefore also suitable for applications in high-frequency switches and the like, where high Operating temperatures are common.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Papier und eine biegsame dünne Folie eines selbstklebenden Kunststoffs zu den Isolatoren gewickelt und durch Wärme und Druck die Bindung erreicht wird. Die Kunststoffolie kann ein thermoplastisches Phenoxyharz oder ein mit einem Polyamid modifiziertes Epoxyharz sein. Wird eine Möglichkeit der Abnahme unterschiedlicher Spannung gefordert, so kann an den entsprechenden Stellen eine Metallfolie mitgewickelt werden. Als bevorzugtes Isolierpapier verwendet man Kreppapier. The invention is characterized in that the paper and a flexible thin foil of a self-adhesive plastic wound around the insulators and the bond is achieved through heat and pressure. The plastic film can be a thermoplastic phenoxy resin or an epoxy resin modified with a polyamide be. If a possibility of decreasing different voltages is required, so a metal foil can also be wound at the appropriate points. As a preferred one Crepe paper is used for insulating paper.

Die Kunststoffolie besteht vorzugsweise aus einem synthetischen Harz mit einem solchen molekularen Aufbau, daß es beim Schmelzen unter Wärmeeinwirkung höchstens in einen kleineren Teil der Gesamtdicke der anliegenden Isolierpapierbahnen eindringt. Niedermolekulare Kunststoffe würden die ganze Stärker der Papierbahn durchdringen. The plastic film is preferably made of a synthetic resin with such a molecular structure that it melts under the action of heat at most in a smaller part of the total thickness of the adjacent insulating paper webs penetrates. Low molecular weight plastics would be the whole strength of the paper web penetrate.

Der nicht imprägnierte Teil der Papierbahnen behält infolge seiner mit trockener Luft gefüllten Poren ausreichende Elastizität, daß er sich an die chemischen und thermischen Kontraktionen auch einer dünnen Kunststoffolie beim Härten anzupassen vermag. Dies ist jedoch nur möglich, wenn das Isolierpapier nicht vollständig von aufgeschmolzenem Kunststoff durchdrungen wird. Im anderen Fall wird diese Elastizität nicht erhalten, es kommt während und nach dem Härten zu Rissen in dem Laminat. The non-impregnated part of the paper web retains as a result of it pores filled with dry air sufficient elasticity that it adapts to the chemical and thermal contractions even of a thin plastic film when hardening able to adapt. However, this is only possible if the insulating paper is not complete is penetrated by melted plastic. Otherwise this becomes elasticity not preserved, cracks occur in the laminate during and after curing.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, hohle oder mit einem Leiter versehene Durchführungen herzustellen. In beiden Fällen werden die beiden Folien auf einem Dorn bzw. den als Leiter dienenden Draht in abwechselnder Schichtfolge aufgewickelt und in beliebiger Weise zu Ende des Wickelvorgangs oder während des Wickelns Druck und Wärme zur Einwirkung gebracht. So kann man z. 13. beheizte Druckwalzen mitlaufen lassen. Die Kunststoffolie wird unter Einwirkung von Wärme und Druck geschmolzen und dringt zu einem geringen Ausmaß in die anliegende Papierbahn ein. Man muß einen solchen Kunststoff aus- wählen, der in die Papierbahn nur in beschränktem Umfang infiltriert. According to the method of the invention, it is possible to use hollow or with to produce a conductor provided bushings. In both cases, the alternate two foils on a mandrel or the wire serving as a conductor Layer sequence wound up and in any way to the end of the winding process or applied pressure and heat during winding. So you can z. 13th let the heated pressure rollers run along. The plastic film is under action melted by heat and pressure and penetrates to a small extent into the adjacent one Paper web one. Such a plastic has to be choose the one in the paper web infiltrated only to a limited extent.

Verschiedene Kunststoffe in Folienform erwiesen sich fur den erfindungsgemäßen Zweck geeignet. Various plastics in film form have been found for the invention Purpose suitable.

Bevorzugt werden thermoplastische Phenoxyharze, also Polyhydroxyäther von hohem Molekulargewicht (von etwa 30 000). die durch Umsetzung von Bisphenol A und Epichlorhydrin erhalten werden. Die sich wiederholende Einheit des Molekiils ist Es können jedoch auch andere hochmolekulare Kunststoffe, z. B. ein mit Polyamid modifiziertes Epoxyharz, das gegebenenfalls einen Katalysator und/oder einen Weichmacher enthält, verwendet werden.Thermoplastic phenoxy resins, that is to say polyhydroxy ethers of high molecular weight (of about 30,000), are preferred. obtained by reacting bisphenol A and epichlorohydrin. The repeating unit of the molecule is However, other high molecular weight plastics such. B. an epoxy resin modified with polyamide, which optionally contains a catalyst and / or a plasticizer, can be used.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich gerade oder gekrümmte Durchführungsisolatoren in einfacher Weise herstellen. Auf den vorgesehenen Dorn oder Mittelleiter wird die Kunststoffolie und die Papierbahn entweder in stumpfem Stoß oder überlappend wendelförmig aufgewickelt. Gegebenenfalls kann bei einzelnen Wicklungen eine Metallschicht eingelegt werden. In the method according to the invention, straight or curved Produce bushing insulators in a simple manner. On the mandrel provided or the middle conductor is the plastic film and the paper web either in blunt Butt or overlapping helically. If necessary, individual Windings a metal layer are inserted.

Zur Erhärtung der frisch gewickelten Isolatoren kann man außer der obenerwähnten Methode mit beheizten Druckwalzen auch die Durchführungsisolatoren in einem Behälter mit Gasüberdruck oder Gasunterdruck der Wärme aussetzen. To harden the freshly wound insulators you can also use the The above-mentioned method with heated pressure rollers also uses the bushing insulators expose to heat in a container with positive or negative gas pressure.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. einige Ausführungsformen werden an Hand der Figuren beschrieben. In F i g. 1 wird schematisch die Aufwicklung zur Herstellung gerader Durchführungskondensatoren aus abwechselnden Papier- und Kunststoffolien gezeigt; F i g. 2 zeigt ein kurzes Stück eines gebogenen Durchführungskondensators mit einer Wicklung der Kunststoffolie; F i g. 3 zeigt das Stück aus F i g. 2 mit der nächsten Papierbahn; F i g. 4 und 5 zeigen nun das fertige Stück der F i g. 2 und 3 in Ansicht und Querschnitt; F i g. 6 zeigt das Stück der F i g. 4 und 5 nach dem Härten; F i g. 7 zeigt das gleichzeitige Wickeln, und F i g. 8 ist eine andere Möglichkeit des Härtens. The method according to the invention can be carried out in various ways will. some embodiments are described with reference to the figures. In F i G. 1 is a schematic representation of the winding for the production of straight feed-through capacitors shown made of alternating paper and plastic foils; F i g. 2 shows a short one Piece of a curved feed-through capacitor with a winding of the plastic film; F i g. 3 shows the piece from FIG. 2 with the next paper web; F i g. 4 and 5 now show the finished piece of FIG. 2 and 3 in view and cross-section; F. i g. 6 shows the piece of FIG. 4 and 5 after hardening; F i g. 7 shows the simultaneous Wrap, and F i g. 8 is another way of hardening.

Nach F i g. 1 geschieht die Herstellung eines Durchführungsisolators für hohe Spannungen durch gleichzeitiges schneckenförmiges Aufwinden einer saugenden Papierbahn 11 und einer trockenen biegsamen Kunststoffolie 12 auf einem rotierenden Dorn 10, die beim Erwärmen zu einem Verkleben der Papierbahn 11 führt. Drei auf 1800C erwärmte Druckwalzen 14, 15 und 16 sind um den Dorn 10 in gleichem Winkel angeordnet, sie werden radial gegen den Dorn und somit gegen die Wicklungen 13 gedrückt, und zwar mit einem Druck von etwa 10,5 kg/cm2. According to FIG. 1 the production of a bushing insulator takes place for high tensions through simultaneous spiral winding of a suction Paper web 11 and a dry flexible plastic film 12 on a rotating Mandrel 10, which leads to sticking of the paper web 11 when heated. Three up 1800C heated pressure rollers 14, 15 and 16 are around the mandrel 10 at the same angle arranged, they are pressed radially against the mandrel and thus against the windings 13, with a pressure of around 10.5 kg / cm2.

Die Papierbahn 11 wird von einer drehbaren Rolle 18 abgezogen und läuft um einen Teil der auf 100°C gehaltenen Trockenwalze 19, so daß das Papier unmittelbar vor dem Wickeln trocken ist. The paper web 11 is drawn off from a rotatable roller 18 and runs around part of the drying roller 19, which is kept at 100 ° C., so that the paper is dry immediately before swaddling.

Es gelangt um eine Umlenkrolle 20 und einen Teil der erwärmten Druckwalze 16 und wird schließlich als Wicklung 13 auf dem rotierenden Dorn 10 aufgewickelt. Die Kunststoffolie 12 wird von einer drehbaren Rolle 21 abgezogen, umläuft einen Teil der Umlenkrolle 20 über der Papierbahn 11 und wird mit dieser aufgewickelt. Durch die Erwärmung unter Druck schmilzt sie zumindest teilweise und verbindet sich mit der Papierbahn. Es ist nun keine weitere Wärmebehandlung mehr erforderlich, der Dorn 10 kann entfernt werden, wenn er nicht als elektrischer Leiter dient.It passes around a pulley 20 and part of the heated pressure roller 16 and is finally wound up as a winding 13 on the rotating mandrel 10. The plastic film 12 is pulled off a rotatable roller 21, revolves around a Part of the deflection roller 20 over the paper web 11 and is wound up with this. By heating under Pressure at least partially melts them and combines with the paper web. No further heat treatment is now required, the mandrel 10 can be removed when it is not serving as an electrical conductor.

Die Papierbahn 11 kann aus irgendeinem saugenden Isolierpapier bestehen, vorzugsweise Kraftpapier aus dem Sulfatverfahren mit folgenden Eigenschaften: I II III Papiergewicht ..... 50 bis 58 g/m2 70 g/m2 ~ 7,5°o 50 bis 59 g/m2 Dicke ..... ......... 0,068 bis 0,080 mm 0,089 mm * 11% 0,076 bis 0,078 mm Porosität ..... 20 bis 50 cm3 < 10 cm3 <10 cm3 Durchschlagfestigkeit bei 90?. C 70 kV/cm 90 kV/cm 87,7 bis 92,25 kV/cm Zerreißfestigkeit quer zur Stärke (trocken) ..... ..... 0,281 kg'mm2 0,33 kg/mm2 0,323 kg/mm2 Dehnung (trocken) ..... 2 bis 3% 2 bis 3% 7 bis 10% pH-Wert des wäßrigen Extraktes ..... 7,0 bis 8,5 7,5 bis 8,5 8,0 bis 8,5 Leitfähigkeit des wäßrigen Extraktes.. 22 52~'/cm (max) 22 µ#-1/cm (max) 7,74 µ#-1/cm (max) Die Kunststoffolie 12 ist trocken und biegsam und wird durch Strangpressen eines Phenoxyharzes in einer Dicke von etwa 0.0127 bis 0,0381 mm hergestellt und ist am Markt unter verschiedenen Bezeichnungen erhältlich. Es handelt sich um thermoplastische Kunststoffe, die jedoch beim Erwärmen ihre Folienform beibehalten und gewisse Eigenschaften wärmehärtender Harze besitzen., Diese Phenoxyharze haben ein Molekulargewicht von etwa 30 000, weisen ausgezeichnete Adhäsion an Papier auf und dringen unter den Verfahrensbedingungen im wesentlichen nicht durch die Dicke des Papiers.The paper web 11 can consist of any absorbent insulating paper, preferably kraft paper from the sulfate process with the following properties: I II III Paper weight ..... 50 to 58 g / m2 70 g / m2 ~ 7.5 ° o 50 to 59 g / m2 Thickness ..... ......... 0.068 to 0.080 mm 0.089 mm * 11% 0.076 to 0.078 mm Porosity ..... 20 to 50 cm3 <10 cm3 <10 cm3 Dielectric strength at 90 ?. C 70 kV / cm 90 kV / cm 87.7 to 92.25 kV / cm Tensile strength across the thickness (dry) ..... ..... 0.281 kg'mm2 0.33 kg / mm2 0.323 kg / mm2 Elongation (dry) ..... 2 to 3% 2 to 3% 7 to 10% pH value of the aqueous extract ..... 7.0 to 8.5 7.5 to 8.5 8.0 to 8.5 Conductivity of the aqueous extract .. 22 52 ~ '/ cm (max) 22 µ # -1 / cm (max) 7.74 µ # -1 / cm (max) The plastic film 12 is dry and flexible and is produced by extruding a phenoxy resin in a thickness of approximately 0.0127 to 0.0381 mm and is available on the market under various names. These are thermoplastics which, however, retain their sheet shape when heated and have certain properties of thermosetting resins., These phenoxy resins have a molecular weight of about 30,000, have excellent adhesion to paper and, under the process conditions, do not substantially penetrate through the thickness of the Paper.

Die Dicke des nicht imprägnierten und von Kunststoff freien Papiers in jeder Wicklung soll in der Lage sein, die beim Härten und Kühlen entstehenden Spannungen aufzunehmen und beträgt etwa für Papier 1 . 44 bis 60 m für Papier 11 . 60 bis 70 m, für Papier III .. . 44 bis 62 m1 Sind elektrisch leitende Einlagen in der Isolation von Durchführungsisolatoren zur Abstufung der Belastbarkeit erforderlich, so können Aluminiumfolien zwischen bestimmte Wicklungen mitgewickelt werden. Die erwähnten Phenoxyharze weisen gute Adhäsion sowohl an Aluminium als auch an Papier auf, so daß die Metallfolien durch den Kunststoff ausgezeichnet haften. The thickness of the non-impregnated and plastic-free paper Each winding should be able to withstand the heat generated during hardening and cooling To absorb voltages and amounts to approximately 1 for paper. 44 to 60 m for paper 11 . 60 to 70 m, for paper III ... 44 to 62 m1 are electrically conductive deposits required in the insulation of bushing insulators to graduate the load capacity, in this way, aluminum foils can be wound between certain windings. the Phenoxy resins mentioned have good adhesion both to aluminum and to paper so that the metal foils adhere excellently through the plastic.

In F i g. 2 bis 6 wird die Herstellung des Stückes von gekrümmten Durchführungsisolatoren für hohe Spannungen gezeigt. In Fig. 2 to 6 is the manufacture of the piece of curved Bushing isolators for high voltages shown.

Eine trockene, biegsame Folie 30 aus Phenoxyharz wird von der Rolle 31 unter Spannung auf einen gekrümmten Leiter oder Spulenkörper 32 aufgewickelt, und zwar in einer oder mehreren schneckenförmigen Wicklungen mit stumpfem Kantenstoß oder überlappenden Kanten, bevor die Wickelrichtung umgekehrt wird. A dry, pliable sheet 30 of phenoxy resin is taken from the roll 31 wound under tension onto a curved conductor or bobbin 32, namely in one or more helical windings with a butt joint or overlapping edges before reversing the winding direction.

Nun wird eine von Spule 35 ablaufende Bahn 34 von glattem Isolierpapier oder Kreppapier unter Zug über die Kunststoffwicklungen stumpf stoßend oder überlappend in einer oder mehreren schneckenförmigen Lagen aufgebracht. Es erfolgt nun ein abwech- selndes Wickeln von Papier und Kunststoffe bis die gewünschte Isolierstärke erreicht ist. Now a web 34 of smooth insulating paper running off the spool 35 becomes or crepe paper with tension over the plastic windings butt-butting or overlapping applied in one or more helical layers. There is now an alternate seldom Wrapping paper and plastics until the required insulation thickness is achieved.

Während des Aufwickelns können auch eine oder mehrere Metallschichten 38 (in F i g. 5) in bestimmtem Radialabstand von dem Leiter oder der Wickelschablone 32 mitgewickelt werden als kapazitive Schichten zur Spannungsteilung. Diese Metallschichten 38 können entweder als Metallfolie mitgewickelt oder als beschnittene Stücke eingelegt werden. One or more metal layers can also be used during winding 38 (in FIG. 5) at a certain radial distance from the conductor or the winding template 32 are also wound as capacitive layers for voltage division. These layers of metal 38 can either be wound as a metal foil or inserted as trimmed pieces will.

Nach Erreichen der gewünschten Isolierstärke wird eine Umhüllung 39 aufgebracht, die die Isolierung während des Verfestigens unter Druck hält. After the desired insulation thickness has been reached, a cover is made 39, which keeps the insulation under pressure while it solidifies.

Nun wird das Stück 40 in einen beheizten Behälter 41 nach F i g. 6 gebracht, dieser auf 0,1 bis 0,3 Torr evakuiert und auf 180 C erwärmt. Das Stück 40 wird darin bis zur Verfestigung der Isolierung belassen, dann aus dem Behälter genommen und nach dem Abkühlen Umhüllung 39 entfernt. The piece 40 is now placed in a heated container 41 according to FIG. 6 brought, this evacuated to 0.1 to 0.3 Torr and heated to 180 C. The piece 40 is left in until the insulation solidifies, then out of the container taken and after cooling, casing 39 removed.

Nach einer in F i g. 7 gezeigten Ausführungsform werden die trockene Kunststoffolie 30 und die Papierbahn 34 gleichzeitig von den Spulen 31 und 35 abgezogen und auf den Leiter 32 gegebenenfalls mit Metallschichten aufgewickelt. Man kann aber auch die beiden Bahnen auf einer Spule vorwickeln und von dieser gemeinsam zum Wickeln des Isolators abziehen. According to one shown in FIG. 7 are the dry The plastic film 30 and the paper web 34 are pulled off the spools 31 and 35 at the same time and wound onto the conductor 32 with metal layers, if necessary. One can but also pre-wind the two webs on a spool and from this together pull it off to wind the insulator.

Nach einer anderen Ausführungsform wird die Isolierung aufgebaut, indem man eine Wicklung nach einem der in den F i g. 2 bis 6 oder 7 dargestellten Verfahren herstellt und die Wicklung bedeckt. Das bedeckte Stück 40 wird anschließend zur Verfestigung in einen nicht evakuierten, erwärmten Behälter gebracht und unter Gasdruck, vorzugsweise eines elektronegativen Gases gesetzt. Nach der Verfestigung wird das Stück 40 abgekühlt und die Umhüllung entfernt. According to another embodiment, the insulation is built up, by making a winding according to one of the FIGS. 2 to 6 or 7 shown Process manufactures and covers the winding. The covered piece 40 is then to solidify in a non-evacuated, heated container and placed under Gas pressure, preferably an electronegative gas set. After solidification the piece 40 is cooled and the casing is removed.

Schließlich wird in F i g. 8 eine andere Verfestigung gezeigt. In diesem Falle wird die Papierbahn 34 und die Kunststoffolie 40 gleichzeitig von zwei Spulen abgezogen und, wie in F i g. 7 beschrieben, aufgewickelt. Die Wicklung 40 wird während ihrer Entstehung beheizter und unter Federspannung stehender Druckwalzen 50 und 51 ausgesetzt. Diese sind auf einen Rahmen 52 montiert, der dem Weg der Spulen 31 und 35 folgt. und zwar so, daß sie elastisch gegen die Oberfläche der Wicklung unmittelbar vor und nach der ankommenden Wicklung oder beide Walzen vorauslaufend bzw. nachlaufend sind. Unter der Einwirkung der Druck walzen 50 und 51 wird die Kunststoffolie teilweise geschmolzen und mit der Papierbahn zu einer warmen Masse verfestigt. Der erhaltene Durchführungsisolator bedarf keiner weiteren Verfestigung. Selbstverständlich können - wie oben erwähnt - Metallschichten eingelegt werden. Finally, in FIG. 8 another consolidation is shown. In In this case, the paper web 34 and the plastic film 40 are simultaneously of two Coils withdrawn and, as in F i g. 7 described, wound. The winding 40 becomes heated and under spring tension during its formation standing Pressure rollers 50 and 51 exposed. These are mounted on a frame 52 that the Path of coils 31 and 35 follows. in such a way that they are elastic against the surface the winding immediately before and after the incoming winding or both rollers are leading or trailing. Rolls under the action of pressure 50 and 51 the plastic film is partially melted and becomes one with the paper web solidified warm mass. The bushing insulator obtained does not require any further Solidification. Of course, as mentioned above, metal layers can be inserted will.

Die Papierbahn kann aus glattem Papier oder Kreppapier bestehen. Bei Kreppapier wird es zum Wickeln unter einem solchen Zug gehalten, daß die Kreppform teilweise verschwindet. The paper web can consist of smooth paper or crepe paper. In the case of crepe paper, it is held under such tension for winding that the crepe shape partially disappears.

An Stelle des erwähnten Phenoxyharzes für die Kunststoffolie kann man auch andere hochmolekulare Stoffe anwenden. vorausgesetzt, daß sie gute Adhäsion an Papier aufweisen und vorzugsweise während der Bindungs- und Verfestigungsstute nicht in die gesamte Papierstärke eindringen. Instead of the mentioned phenoxy resin for the plastic film you can also use other high molecular weight substances. provided they have good adhesion on paper and preferably during the binding and solidification mare do not penetrate the entire thickness of the paper.

Claims

Claims: 1. A method for producing wound insulators made of insulating paper bound with a plastic film, characterized. that the paper and a flexible thin sheet of self-adhesive plastic wraps around the insulators and creates the bond through heat and pressure.

2. The method according to claim 1, characterized in that the film made of a thermoplastic phenoxy resin or one modified with a polyamide Epoxy resin.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a metal foil is wrapped around it.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized. that one Crepe paper used as insulating paper.